氢原子能级与跃迁

实验目的

理解氢原子能级的量子化，掌握跃迁时光子能量与能级差的关系。

实验原理

氢原子能级公式为 En = -13.6 eV / n²（n = 1, 2, 3…），n = 1 为基态。原子从高能级m跃迁到低能级n时辐射光子，光子能量 hν = Em - En；吸收等于能级差的光子则可由低能级跃迁到高能级。从n ≥ 3跃迁到n = 2产生的是巴耳末系，其中有可见光谱线。

实验器材

• 氢原子能级图
• 电子所处的能级
• 跃迁箭头（吸收或辐射）
• 光子能量与波长显示
• 光谱线

实验步骤

1. 观察能级图，了解各能级的能量值和量子数n。
2. 让氢原子处于基态，观察所需的激发能量。
3. 选择由高能级向低能级的跃迁，观察辐射的光子。
4. 记录光子能量，与两能级的能量差进行比较。
5. 观察不同跃迁对应的光谱线，区分不同线系。

实验现象与结论

氢原子只能在特定能级间跃迁，辐射光子能量等于两能级的能量差，因此光谱是分立的谱线。n=3跃迁到n=2对应巴耳末系中的红色谱线。结论：氢原子的能量是量子化的。

常见问题

氢原子的基态能量是多少？

基态（n=1）能量为 -13.6 eV，这也是使氢原子电离所需的最小能量。

光子能量怎么算？

辐射光子的能量等于两个能级的能量差，即 hν = Em - En。